19. 종합 실습 — 분자 하나를 끝까지 짓고 여섯 조합을 표로 만든다 · Dr. Son's mRNA Vaccine Design, First Steps VI

이 권의 모든 걸음을 한 번에 돌립니다.

예시 5′ UTR 셋 · 3′ UTR 둘을 놓는다        ← 8·9강
6 개 조합을 전부 만든다                    ← 11강
각각에 MEVC 를 끼워 넣는다                 ← 13강
이음매에서 새 AUG 가 생겼는지 본다         ← 7강
교육용 대역으로 접힘 에너지를 잰다         ← 4강
자를 바꿔 가며 순위가 흔들리는지 본다      ← 11강

서열은 전부 예시입니다. 진짜로 하려면 12강의 UTRdb 나 Ensembl 에서 받습니다.

5′ · 3′ · 변형을 골라 분자를 짓습니다. 길이 · GC · 대역 MFE 가 함께 바뀝니다.

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여섯 줄을 만들고 자 셋으로 줄을 세웁니다. 1 등이 자마다 다릅니다.

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# 여섯 조합을 전부 만들고 표로 만든다.
# UTR 서열은 전부 예시다. 논문에 UTR 서열은 없다.
import itertools
import pandas as pd

U5 = {
    "TMSB10":      "GGCUUCGCCACC",
    "Ces1d":       "GCUCUUCAGCACGCCACC",
    "beta-globin": "ACAUUUGCUUCUGACACAACUGUGUUCACUAGCGCCACC",
}
U3 = {
    "APOA2": "GCUGCCUUAAGCUUGCAUCAAUAAAGCUGCC",
    "AP3B1": "GCUCAGCCUUGUGCAUUUAAUAAAGCUCAGCCUUGU",
}

# 예시 MEVC - 실제는 927 nt 다. 여기서는 짧게 줄여 쓴다.
MEVC = "AUGGCUUCUAAGCUAGAAGCUGCUGCUAAGUUCUUAGGUUACCCUGUUUAA"

def gc(s):
    return (s.count("G") + s.count("C")) / len(s) * 100

def mfe_toy(s):
    return -0.313 * len(s) * (0.55 + 0.9 * gc(s) / 100)

def n_aug(s):
    return sum(1 for i in range(len(s) - 2) if s[i:i+3] == "AUG")

rows = []
for a, b in itertools.product(U5, U3):
    whole = U5[a] + MEVC + U3[b]
    up = U5[a]
    seam = up + MEVC[:3]
    new_aug = n_aug(seam) - n_aug(up)
    rows.append((a, b, len(whole), round(gc(whole), 1), round(mfe_toy(whole), 1),
                 round(mfe_toy(whole) / len(whole), 4), n_aug(up), new_aug))

df = pd.DataFrame(rows, columns=["5' UTR", "3' UTR", "길이", "GC%", "대역 MFE",
                                 "nt 당", "상류 AUG", "이음매 새 AUG"])
print(df.to_string(index=False))
print()

print("자 1 - 대역 MFE 가 가장 낮은 것")
r1 = df.sort_values("대역 MFE").iloc[0]
print("   %s + %s" % (r1["5' UTR"], r1["3' UTR"]))

print("자 2 - nt 당 MFE 가 가장 낮은 것")
r2 = df.sort_values("nt 당").iloc[0]
print("   %s + %s" % (r2["5' UTR"], r2["3' UTR"]))

print("자 3 - 상류 AUG 가 0 이고 길이가 가장 짧은 것")
clean = df[(df["상류 AUG"] == 0) & (df["이음매 새 AUG"] == 0)]
if len(clean):
    r3 = clean.sort_values("길이").iloc[0]
    print("   %s + %s" % (r3["5' UTR"], r3["3' UTR"]))
else:
    print("   없다")

print()
print("자를 바꾸면 1 등이 바뀐다.")
print("논문이 가장 좋았다고 적은 짝은 5' TMSB10 + 3' Apo A-II 다.")
print("위 표의 어떤 자로도 그것이 자동으로 1 등이 되지는 않는다 -")
print("논문의 순위는 계산이 아니라 '보고된 실험 비교' 에서 나왔기 때문이다.")

출처 열을 보세요. 논문 값은 셋뿐이고 나머지는 예시입니다. 이 구분이 마지막 강의 주제입니다.

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# 마지막으로 - 변형까지 넣었을 때 분자의 요약표 한 장.
# 여기서 논문 값은 927 nt / 53.61 % / -299.50 / 309 aa / 33.74 kDa 뿐이다.
import pandas as pd

cds_len = 927            # 논문 - 최적화한 MEVC
cds_gc = 53.61           # 논문
cds_mfe = -299.50        # 논문 - RNAfold

utr5_len = 12            # 예시
utr3_len = 31            # 예시
tail_len = 100           # 예시

total = utr5_len + cds_len + utr3_len + tail_len

rows = [
    ("5' 캡",     "-",            "구조 하나",   "예시"),
    ("5' UTR",    str(utr5_len),  "TMSB10",      "예시 길이"),
    ("CDS/MEVC",  str(cds_len),   "309 aa",      "논문 값"),
    ("3' UTR",    str(utr3_len),  "Apo A-II",    "예시 길이"),
    ("poly(A)",   str(tail_len),  "-",           "예시 길이"),
    ("합계",      str(total),     "-",           "-"),
]
df = pd.DataFrame(rows, columns=["토막", "길이(nt)", "무엇", "출처"])
print(df.to_string(index=False))
print()
print("CDS 가 전체의 %.1f %% 다." % (cds_len / total * 100))
print()
print("논문의 RNAfold 값은 CDS 만의 것이다 -> %.2f kcal/mol (%d nt)" % (cds_mfe, cds_len))
print("UTR 을 붙인 전체의 MFE 는 반드시 이보다 낮게 나온다. 길이가 늘었기 때문이다.")
print("그 값을 -299.50 과 나란히 놓고 '개선' 이라고 적으면 안 된다.")
print()
print("변형")
print("  우리딘 -> m1psi. 코돈도 아미노산도 바뀌지 않는다.")
print("  넣은 뒤 RNAfold 를 에너지 보정과 함께 다시 돌린다.")

표를 만들었으면 반드시 함께 적을 것

적을 것	왜
UTR 서열의 출처 · 전사체 · 버전 · 날짜	12강 — 없으면 재현이 안 된다
접힘 계산에 쓴 도구와 설정	교육용 대역인지 RNAfold 인지가 완전히 다르다
줄 세우는 데 쓴 자	7·19강 — 자마다 1 등이 다르다
어느 값이 논문 값이고 어느 값이 가정인지	이 강의 '출처' 열이 하는 일

네 줄이 빠지면 표는 숫자 더미가 됩니다. 숫자가 있는데 뜻이 없는 표가, 숫자가 없는 표보다 위험합니다.

여기까지 온 사람이 할 수 있게 된 일

🔍

읽는다

남의 mRNA 설계 도면을 받아 무엇을 확인해야 하는지 압니다

🛠️

짓는다

UTR 을 받아 이어 붙이고 이음매까지 검사합니다

✋

멈춘다

계산이 말해 줄 수 없는 자리에서 멈출 줄 압니다

세 번째가 20강의 주제입니다.

🤔 Check yourself

여섯 조합을 자 셋으로 줄 세웠을 때 일어난 일은?

🤔 Check yourself

계산 순위와 논문의 순위가 어긋날 때 무엇을 믿나?

🤔 Check yourself

이 실습에서 논문 값인 것만 고른 것은?